新平縣馬鞍山水庫工程左岸壩肩巖體穩(wěn)定性分析及工程設(shè)計

楊順云

新平縣水利勘測設(shè)計隊

摘要：新平縣馬鞍山水庫庫區(qū)左岸壩肩巖體，施工過程中由于下部巖體開挖掏腳，致上部巖體開裂，致使左岸山坡巖體存在向庫區(qū)滑動可能。為保證施工及運行期工程安全，設(shè)計單位對巖體穩(wěn)定性進行分析，提出了施工工藝較簡單，經(jīng)濟易行的工程處理方案，完工后經(jīng)歷了兩個雨季的運行考驗，現(xiàn)未出現(xiàn)任何變形、裂縫，證明原變形裂縫坡體已經(jīng)穩(wěn)定、安全，說明設(shè)計方案有效可行，處理效果明顯。

關(guān)鍵詞：馬鞍山水庫；庫區(qū)左岸壩肩巖體穩(wěn)定性分析；工程處理方案設(shè)計

1.引言

馬鞍山水庫地處新平縣戛灑鎮(zhèn)西部南恩河上游，距戛灑鎮(zhèn)47km，距新平縣城124km。南恩河天然產(chǎn)水特點是年際變化較大，主要集中在每年的6至10月份，年內(nèi)分配不均致使戛灑鎮(zhèn)片區(qū)工程性缺水嚴重，為解決這一問題，該水庫被列為云南省“百件”骨干水源工程興建。馬鞍山水庫為面板堆石壩，壩高81.0m，壩頂高程2001.50m，屬?。ㄒ唬┬廷舻裙こ?，總庫容614萬m3。

水庫樞紐工程于2012年2月份開工建設(shè)，2012年11月初，為開挖左岸灌漿廊道，從水庫上游庫區(qū)修建至左岸廊道的施工道路，施工道路布置于左岸坡設(shè)計趾板開挖邊線上部，造成河床段趾板（高程1924.00m）左上部、高程1989.07m～2017.0 m之間邊坡巖體沿層面開裂，裂縫長度25m，走向SE39°～57°，傾向NE，傾角36°～69°，裂縫波狀起伏，傾角從上往下36°向69°逐漸變陡，后對裂縫進行工程地質(zhì)測繪并對裂縫進行位移監(jiān)測。至2013年1月22日層面裂縫上下兩盤錯距達1.5cm，J1隙面張開5.0～8.0cm，經(jīng)分析，為巖體受道路開挖層面掉腳臨空，順層滑動所致。為保證工程施工及建成后運行安全，對該部位巖體進行穩(wěn)定性分析，提出經(jīng)濟可行的工程處理方案設(shè)計勢在必行。

2.庫區(qū)左岸壩肩地形地質(zhì)條件簡介

馬鞍山水庫壩址區(qū)位于剝蝕構(gòu)造高中山地貌區(qū)，河谷深切，相對高差200～500m。壩址段河床縱坡降5%左右。河槽兩側(cè)為陡巖，槽深10～20m，寬17～30m。左岸河床趾板上部為一山梁，地形坡45～55°，下部40～53°。

大壩軸線上游左岸邊坡巖性為Pzd1絹云石英千枚巖，構(gòu)造復雜。趾板C點下游為單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀為：走向NW35～40°，傾向SW，傾角70°～80°，層面粗糙，少量泥質(zhì)充填。趾板C點上游為核部軸面傾向上游的一倒轉(zhuǎn)背形褶曲構(gòu)造，核部上部巖層產(chǎn)狀變化較大，從上游往下游，傾角由緩變陡，上游：走向NW29°～36°，傾向NE，傾角35°～41°，層面泥質(zhì)充填，較光滑；下游開挖邊線附近：走向NW30°～40°，傾向NE，傾角70°～80°。核部下部巖層產(chǎn)狀變化較小，基本與下游巖層產(chǎn)狀一致，走向NW35°～40°，傾向SW，傾角75°～80°。開挖山體岸坡受其影響，核部附近及上部巖體破碎，呈層狀塊裂結(jié)構(gòu)，巖體強風化狀態(tài)，核部下部巖體為層狀結(jié)構(gòu)，為弱風化狀態(tài)。核部上部巖層層面受錯動影響，層面表面泥化現(xiàn)象嚴重，泥膜厚1.0～3.0cm不等。巖體發(fā)育主要較大結(jié)構(gòu)面有：J1為背形核部張行破裂面，碎石砂泥充填，寬由上部向背形核部變窄至尖滅；上部寬22.0cm左右，是背形形成時，上部巖體張拉所至。延伸長約35.0m，產(chǎn)狀為：走向NE40°，傾向NW，傾角49°。J2及J3為兩條平行剪行結(jié)構(gòu)面，隙面光滑，延伸長，長30.0～36.0m，產(chǎn)狀為走向NW80°，傾向SW，傾角60°～65°。除上述較大結(jié)構(gòu)面外，其次還發(fā)育有二組節(jié)理裂隙，一組為走向NE20°～30°，傾向NW，傾角50°～60°，與坡面反向，但傾角較陡，隙面粗糙，少量砂泥質(zhì)充填。裂隙密度為3～5條/m，延伸較短，長度數(shù)厘米～數(shù)十厘米不等，為褶曲形成時核部上部巖層受拉所致，主要發(fā)育于坡面上部。另一組為：走向NW60°～80°，傾向SW，傾角38°～52°，與層面同向，與坡面交角較大，隙面光滑，無充填。裂隙密度為2～3條/m，延伸較短，長度數(shù)厘米～數(shù)十厘米不等。該兩組節(jié)理裂隙的發(fā)育使左岸巖體略顯破碎，巖體總體表現(xiàn)為層狀塊裂結(jié)構(gòu)。

據(jù)勘察左岸壩肩q≤5.0Lu相對隔水層埋深9.5～42.5m，透水率q=5.2～78.6Lu，巖石透水性中等；壩肩上部高程2010.28m，地下水位高程1928.78m，地下水位埋深27.5m；中部高程為1966.63m，地下水位高程1943.03m，地下水位埋深23.6m；說明左岸地下水位高于河床，地下水由岸坡山體向河床排泄（見馬鞍山水庫左岸地形地質(zhì)圖）。

3.庫區(qū)左岸壩肩巖體穩(wěn)定性分析

3.1 巖體滑動模式分析及物理力學參數(shù)取值建議

通過對左岸壩肩平面工程地質(zhì)測繪，該部位巖層為一倒轉(zhuǎn)背形褶曲構(gòu)造，地表出露為被形上翼傾角相對較緩地層，其中發(fā)育有J1及J2兩條延伸較遠的寬大裂隙構(gòu)造與層面組合，形成了一平面上不規(guī)則的四邊形楔狀不穩(wěn)定巖體，造成該巖體向河槽臨空面滑移，地表開裂（層面裂縫上下兩盤錯距達1.5cm，J1隙面張開5.0～8.0cm，沿J2隙面下部隆起），主滑動方向為J2隙面與層面交線方向，傾向SE87.5°，傾角29°?；瑒訋Ы玳L度范圍達40.1m，楔狀不穩(wěn)定巖體滑出的臨空高程為1979.2m。

巖體、層面、J1及J2隙面物理力學參數(shù)建議取值見表1。

3.2 巖體穩(wěn)定性分析計算

經(jīng)勘察及作圖分析（見穩(wěn)定分析計算典型地質(zhì)剖面圖、赤平極射投影圖），滑坡體平面形態(tài)為不規(guī)則的四邊形。高程位于1792.6m～2022.6m之間，前緣寬約40m，主滑方向長75m，平面面積約2300 m2，體積約2.1萬m3。楔狀不穩(wěn)定巖體滑出時，下滑力為巖體重力在主滑方向上的分力，抗滑阻力為重力在層面及J2隙面滑動時產(chǎn)生的摩擦力，采用作圖法求得層面滑動面面積2812.2 m2，J2隙面滑動面面積630.3m2，由此得出該楔狀不穩(wěn)定巖體安全系數(shù)K計算式如下，計算結(jié)果見表2。

K=（γVcosα1tgφ1+A1C1+γVcosα2tgφ2+A2C2）/γsinα3

γ--- 巖體的重度（Kn/m3）

V--- 巖體的體積（m3）

α1--- 滑動方向?qū)用嬉晝A角（25.5°）

φ1--- 層面內(nèi)摩擦角（°）

A1--- 層面滑動面面積（m2）

C1--- 層面粘結(jié)力（KPa）

α2--- 滑動方向J2隙面視傾角（62.5°）

φ2--- J2隙面內(nèi)摩擦角（°）

A2--- J2隙面滑動面面積（m2）

C2--- J2隙面粘結(jié)力（KPa）

α3--- 主滑動方向（J2隙面與層面交線）傾角（29°）

經(jīng)計算原地形狀態(tài)下不穩(wěn)定巖體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.11（結(jié)果見表2），處于穩(wěn)定極限平衡狀態(tài)，不滿足規(guī)范K≥1.3要求，計算結(jié)果與實際基本吻合。

4.巖體邊坡工程處理方案工程設(shè)計及處理后邊坡穩(wěn)定性分析計算

4.1 巖體邊坡工程處理方案工程設(shè)計

馬鞍山水庫樞紐左岸變坡滑動的主要原因是地質(zhì)條件較差，地形坡度過陡，加之坡面下部因開挖施工道路形成臨空所致。設(shè)計方案采用了削坡卸荷、錨桿固坡，網(wǎng)噴護面、內(nèi)外排水相結(jié)合的處理措施。

削坡卸荷主要布置在邊坡裂縫影響范圍內(nèi)，施工道路高程以上分為五級坡，坡比1：1～1：0.75，在高程2047m、2032m、2017m、2002m、1987m處分別設(shè)2.0m或3.0m寬戧臺，施工道路以下設(shè)3級坡，坡比1：0.75～1：0.5，在高程1967m、1952m處分別設(shè)2.0m寬戧臺。

錨桿固坡和網(wǎng)噴護面綜合進行，根據(jù)邊坡穩(wěn)定分析結(jié)果，結(jié)合實際地質(zhì)情況，將噴錨劃分為Ⅰ、Ⅱ兩個區(qū)域。Ⅰ區(qū)為采用Φ28螺紋鋼筋錨桿，錨桿間距2.5m，梅花形布置，錨桿長9m，錨入8.85m，坡面掛Φ8雙向雙層鋼筋網(wǎng)，噴150mmC20混凝土。Ⅱ區(qū)為采用Φ25螺紋鋼筋錨桿，錨桿間距2.5m，梅花形布置，錨桿長3m，錨入2.9m，坡面掛Φ6單向雙層鋼筋網(wǎng)，噴80mmC20混凝土。

坡內(nèi)排水為噴錨區(qū)域設(shè)Φ50PVC排水管，排水孔間距3.0m，孔深0.3～1.0m，并在巖體內(nèi)的管頭設(shè)反濾料。坡面排水為沿噴護面周邊與山坡交接和高程2002m以上的戧臺內(nèi)側(cè)設(shè)排水溝，以防止雨洪進入坡面和收集噴護面內(nèi)雨水按設(shè)計要求集中排出，達到防止雨季上部坡面積水進入不穩(wěn)定巖體的目的。

4.2工程處理后邊坡穩(wěn)定性分析計算

工程處理后，剩余不穩(wěn)定巖體體積約0.49萬m3，層面滑動面面積減為2159.0m2，J2隙面滑動面面積減為484.2m2，抗滑阻力增加了錨干Φ28共163棵（120N/mm2），抗剪斷所提供的力為12038KN，經(jīng)計算工程處理后，剩余不穩(wěn)定巖體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)達1.84（結(jié)果見表2），滿足規(guī)范K≥1.3的要求。

5.結(jié)語

在新平縣馬鞍山水庫大壩左岸壩肩巖體穩(wěn)定性分析及工程處理設(shè)計中，通過地質(zhì)分析及穩(wěn)定計算，依據(jù)不穩(wěn)定巖體工程實際，設(shè)計采用了多種措施結(jié)合方案，提出了技術(shù)可行施工工藝較簡單，經(jīng)濟易行的工程處理方案，完工后經(jīng)歷了兩個雨季的運行考驗，現(xiàn)未出現(xiàn)任何變形、裂縫，證明原變形裂縫坡體已經(jīng)穩(wěn)定、安全，說明設(shè)計方案有效可行，處理效果明顯。馬鞍山水庫工程中對左壩肩巖體穩(wěn)定行分析及工程處理方案值得類似工程借鑒。